Konopie siewne (Cannabis sativa L.) są ciekawą rośliną pod względem gospodarczym oraz ekologicznym. W uprawie konopi nie jest wymagane stosowanie środków ochrony roślin, konopie są naturalnie odporne na choroby, hamują rozwój wielu chwastów, odstraszają szkodniki oraz wykorzystują siłę pokarmową zawartą w glebie.
Ze względu na swoje właściwości uprawne, konopie przyczyniają się do ulepszania systemów glebowych czyniąc korzystne warunki dla innych roślin uprawnych. Między innymi dzięki palowemu systemowi korzeniowemu rośliny doskonale przewietrzają glebę i poprawiają stosunki wodne. Specyficzna rurowa budowa łodyg konopi w połączeniu z trudno rozkładającą się krystaliczną strukturą celulozy i substancji celulozowo podobnych, powoduje ograniczone usieciowienie mineralnego składu warstw gleby wskutek czego wytwarzają się naturalne, organiczne kanały. Umożliwiają one dostęp powietrza i przepływ wody oraz gazów glebowych. Dlatego konopie wpływają na poprawianie struktury gruzełkowatej gleb i stanowią dobry przedplon w płodozmianach z dużym udziałem zbóż. Palowy system korzeniowy wzrastający w glebę prostopadle do głębokości 1,0-1,5 m spulchnia glebę, a same rośliny pobierają wodę z głębszych warstw.
Konopie siewne, z uwagi na dużą ilość biomasy i dobrze rozwinięty system korzeniowy, wykorzystano jako roślinę przyspieszającą procesy rekultywacji gleb na terenach po kopalni odkrywkowej węgla brunatnego w gminie Kazimierz Biskupi. Rekultywacja polega na uprawie konopi w płodozmianie z lucerną siewną i następnie przyorywaniu otrzymanej biomasy w celu przyspieszenia odbudowy warstwy próchniczej w glebie.
Prowadzone badania
Celem prowadzonych badań było określenie ciepła spalania biomasy konopi oraz wykazanie możliwości wykorzystania konopi uprawianych na zrekultywowanych terenach pokopalnianych na cele energetyczne.
Konopie siewne są rośliną, z której pozyskuje się włókno z przeznaczeniem głównie na cele techniczne. Produktem ubocznym z procesu wydobycia włókna są paździerze, czyli drewnik. Jednym z kierunków wykorzystania paździerzy konopnych są cele energetyczne.
Z przerobu słomy konopnej otrzymuje się ok. 25% włókna i 75% paździerzy. Na cele energetyczne, zgodnie z zapisami obowiązującej w Polsce Ustawy o przeciwdziałaniu narkomanii z 2005 r., można przeznaczać tylko surowiec odpadowy powstający w procesie wydobycia włókna [Dz.U. 2005 Nr 179 poz. 1485].
Konopie charakteryzują się wysokim plonem biomasy wynoszącym nawet 15 t/ha, co stanowi prawie trzykrotnie większą wartość w porównaniu do plonu słomy zbóż. Przy wykorzystaniu słomy zbożowej na cele energetyczne zachodzi konieczność jej wcześniejszego dosuszenia.
Wartość opałowa pszenicy wilgotnej wynosi ok. 12,9 MJ/kg, a dosuszonej 17,3 MJ/kg, jęczmienia ok. 12,0 MJ/kg, po dosuszeniu 16,1 MJ/kg [Tymiński 1997]. Konopi, w przeciwieństwie do wymienionych zbóż czy innych roślin energetycznych, nie trzeba dosuszać, ponieważ proces technologiczny przewiduje w sposób naturalny wysychanie roślin na plantacji. Po skoszeniu w pełnej dojrzałości kwiatostanów, konopie pozostają na stanowisku do czasu dosuszenia do powietrznie suchej masy (ok. 16% wilgoci dla całych roślin). Prowadzone pomiary wykazały, że wilgotność paździerzy konopnych wynosi ok 8,5% [Kołodziej 2009], natomiast wilgotność słomy zbożowej po dosuszeniu wynosi 15%, a zrębków drzewnych aż 40% [Wirchowski 1994].
Wysokość plonów konopi jest mniejsza od plonów takich roślin uprawianych na cele energetyczne, jak kenaf (ok. 24 t/ha) czy miskantus (ok. 30 t/ha) [Kozłowski i in. 1998]. Ciepło spalania kenafu wynosi ok. 15,8 MJ/kg s. m., a miskantusa ok. 17,9 MJ/kg s. m., ale są to rośliny mało przystosowane do naszego klimatu lub wymagające wysokich nakładów na uprawę. Nie są one konkurencją dla konopi; plantację kenafu i miskantusa zakłada się z sadzonek, ponadto są to rośliny wieloletnie, w związku z czym nie nadają się do uprawy w zmianowaniu.
Ciepło spalania konopi, w zależności od części rośliny, wynosi od 18 do 19 MJ/kg s. m. Najwyższym ciepłem spalania, wynoszącym 19,8 MJ/kg s.m., cechują się wiechy konopne, jest to o 1 MJ/kg więcej w stosunku do całych roślin. Natomiast odpad z procesu wydobycia włókna, czyli paździerze konopne, w stosunku do całych roślin cechują się ciepłem spalania niższym o ok. 5%.
Ciepło spalania konopi w zestawieniu z innymi roślinami uprawianymi na cele energetyczne przedstawia wykres (Rys. 2).
Konopie są odporne na liczne choroby i wiele grup szkodników, dzięki czemu roślina ta nie wymaga stosowania w ochronie związków chemicznych, na produkcję których przeznacza się znaczną ilość energii i wytwarza duże ilości CO2. Największy wpływ na występowanie efektu cieplarnianego ma emisja dwutlenku węgla (55%) [Grzybek i in. 2001]. W celu ograniczenia skutków efektu cieplarnianego, pożądanym jest wprowadzanie do upraw roślin cechujących się zarówno zwiększoną absorpcją dwutlenku węgla z atmosfery oraz zwiększoną retencją węgla w glebie.
Przy użyciu kalorymetru stożkowego określono poziom emisji CO2 wytypowanych surowców roślinnych. Z prowadzonych badań (Rys. 3) wynika, że konopie w trakcie wzrostu pochłaniają ponad dwa razy więc CO2 w stosunku do uwalnianego gazu w trakcie spalania.
Strumień emisji CO2 jest znacznie niższy w porównaniu do emisji podczas spalania słomy pszennej czy miskantusa.
Wnioski
Konopie, z uwagi na swoje właściwości (duża ilość biomasy oraz dobrze rozwinięty system korzeniowy), wykorzystywane są w rekultywacji terenów pokopalnianych w realizowanym w Instytucie Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich projekcje dofinansowanym przez Unię Europejską oraz Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Wysoki plon suchej masy po jej przyoraniu przyspiesza odbudowę warstwy próchniczej w rekultywowanej glebie. Zawartość celulozy i substancji celulozopodobnych w suchej masie łodyg konopi wynosi 70-75%. W projekcie, obok konopi, wykorzystywana jest również lucerna. Połączenie w płodozmianie uprawy konopi dającej duży plon celulozy, w skład której wchodzi węgiel, tlen i wodór, z uprawą lucerny wytwarzającej, dzięki symbiozie z bakteriami brodawkowymi, dużo azotu, stanowi swoisty kompozyt biologiczny, ułatwiający tworzenie warstwy próchniczej.
Po zakończeniu rekultywacji na terenach pokopalnianych z powodzeniem można uprawiać konopie siewne. Prowadzone badania wykazały, że otrzymaną z upraw biomasę, oprócz tradycyjnych kierunków zastosowania (przemysł celulozowo-papierniczy, budowlany czy materiałów kompozytowych), można również przeznaczyć na cele energetyczne.
Literatura
1. Grzybek A., Gradziuk P., Kowalczyk K. : Słoma energetyczne paliwo. Akademia Rolnicza w Lublinie. Warszawa, 2001, 5.
2. Kołodziej J.: Efektywność energetyczna konopi w zależności od czynników agrotechnicznych. Praca Doktorska. Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, 2009, 84-96.
3. Kozłowski R., Kaniewski R., Mańkowski J.: New trends in harvesting, processing and application of hemp used for production of textiles and cellulose. Proceedings and Abstracts. The 1 st Nordic conference on flax and hemp processing. Tampere, Finland, 1998, 115-125.
4. Tymiński J.: Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii w Polsce do 2030 roku. Wydawnictwo IBMER, 1997.
5. Ustawa z dnia 29 lipca 2005 roku o przeciwdziałaniu narkomanii. (Dz.U. 2005 Nr 179 poz. 1485).
6. Wirchowski R.: Wykorzystanie słomy jako źródła energii odnawialnej w rolnictwie na przykładzie Danii. Seminarium Krajowe Wykorzystanie Energii w Rolnictwie. Wydawnictwo IBMER, 1994, 1-10.
7. Venturi P., Amaducci S., Amaducci M.T., Venturi G.: Interaction between agronomic and mechanical factors for fiber crops harvesting Italian results nate II. hemp. Journal of Natural Fibers, 2007, 4, 3, 83-97.
KOMENTARZE (1)
Do artykułu: Energetyczne wykorzystanie biomasy z konopi uprawianych na terenach zrekultywowanych